(57)【要約】【課題】  酸化室の酸化力が経時変化しても安定した接合特性を持つＴＭＲ膜を提供することにある。【解決手段】  基板表面酸化膜厚を測定することが可能な機器を酸化室が備えているＴＭＲ膜成膜装置を用いる。この時、デバイスを形成する基板と表面酸化膜厚を測定する基板とは異なる基板とする。この装置を用いれば、例えばシリコン基板表面に生じた酸化シリコン膜厚をモニターとして、トンネルバリアの酸化を最適な酸化条件で行うことが出来る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が大気にさらされることの無いように成膜室と酸化室が接続された、成膜と酸化が連続的に行える真空成膜装置であって、基板表面酸化膜厚を測定することが可能な機器を酸化室が備えており、上記酸化室内にデバイスを形成させる基板と表面酸化膜厚を測定する基板両方を配置させうるサセプターを持ち、上記デバイスを形成する基板と上記表面酸化膜厚を測定する基板とが異なる基板で、上記デバイスを形成する基板は成膜室で成膜した後に酸化室に搬送してサセプター上に配置し、また、上記表面酸化膜厚を測定する基板も酸化室に搬送してサセプター上に配置し、上記デバイスを形成する基板と上記表面酸化膜厚を測定する基板を同時に酸化し、その間に、上記基板表面酸化膜厚を測定することが可能な機器により、上記表面酸化膜厚を測定する基板の表面酸化膜厚を測定することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記酸化室でデバイス形成の酸化工程を行うときに、上記表面酸化膜厚を測定する基板を同時に酸化し、上記表面酸化膜厚を測定する基板表面に生じた酸化膜厚がある膜厚に達したと同時ないしある一定時間後に、上記デバイス酸化工程を停止する機構を備えた酸化室を有することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
上記表面酸化膜厚を測定する基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
上記デバイスを形成する基板上に形成される膜が強磁性トンネル接合（ＴＭＲ）膜であり、上記酸化室でＴＭＲ膜のトンネルバリアを形成することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項５】
上記デバイスが高密度固体磁気メモリ（ＭＲＡＭ）、磁気ヘッド、磁気センサーのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項６】
上記基板表面酸化膜厚を測定する機器がエリプソメーター、Ｘ線分光分析（ＸＰＳ）、光反射率測定、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項７】
上記酸化室で形成されるトンネルバリアがアルミニウムないしアルミニウムを含む合金の酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項８】
上記酸化室での酸化方法がラジカル酸化法ないしはプラズマ酸化法であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度固体磁気メモリ（ＭＲＡＭ）や高密度磁気ディスク装置における再生用磁気ヘッド、あるいは磁気センサーに適した磁気抵抗効果素子を成膜する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭや再生用磁気ヘッドには磁場を感知することで抵抗が変化する磁気抵抗効果素子が用いられている。強磁性トンネル接合素子はＧＭＲ素子よりも室温での磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が大きいことから、ＭＲＡＭや再生用磁気ヘッドに用いる磁気抵抗効果素子として期待されている。
強磁性トンネル接合は、二つの強磁性体層の間に数オングストロームから数nmという極薄のトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ。この素子は、下部強磁性体層と上部強磁性体層の磁化の相対角が小さいときはトンネル確率が高く、大きいときにはトンネル確率が低いことから磁気抵抗効果が現れる。
【０００３】
トンネルバリアは一般にアルミニウム（Ａｌ）を酸化することで得られている。トンネルバリアはこのＡｌを過不足なく酸化させたときに最もMR比が高くなり、酸化が足りずに未酸化なＡｌが残ったり、酸化が行き過ぎて強磁性体層まで酸化してしまってはＭＲ比が低くなる（例えば、Moodera他著、アプライド・フィジックス・レターズ、１９９７年、７０巻、３０５０−３０５２ページ）。一般に強磁性トンネル接合膜を作製する際には、基板上に下部強磁性体層を含む下部電極層とAlを成膜室で成膜し、基板が大気にさらされることの無いように成膜室と接続させた酸化室に移動させ、Ａｌを酸化してトンネルバリアを形成し、また基板が大気にさらされることの無いように成膜室に基板を移動させて上部強磁性体層を含む上部電極層を成膜する。Ａｌの酸化方法では、プラズマ酸化法、ラジカル酸化法などが多く用いられている。
【０００４】
一方で、トンネルバリアの過不足のない酸化を実現するために、ジョセフソン素子においては特許文献１に示される次のような手法が開発されている。ジョセフソン素子ではトンネルバリアに酸化ニオブが用いられている。ニオブの酸化をする際に、デバイスを作製する基板の中にエリプソメーター測定領域を設け、ニオブを自然酸化しながらエリプソメーターで酸化ニオブの厚さを測定し、酸化ニオブがある一定の厚さになったことをエリプソメーターで確認して酸化をストップする、という手法である。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２３７７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで、プラズマ酸化、ラジカル酸化といった酸化方法においては、真空槽内壁の酸化や真空槽内に配置した防着板の酸素吸着が原因で酸化力が変化し、最適な酸化条件（酸化出力と酸化時間）が経時変化するという問題があった。これでは常にＡｌを過不足なく酸化させてＭＲ比の高いＴＭＲ膜を安定して得ることが困難になる。
【０００７】
しかし、デバイスを作製する基板の中にエリプソメーター測定領域を設ける、といった測定手法では、測定領域の分だけデバイスを作製する面積が小さくなってしまう。また、ＴＭＲ膜のように多層の異種金属を成膜した上に精製される極薄の酸化アルミニウムの厚さをエリプソメーター等により測定するのは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、酸化室でトンネルバリアを形成する際に、最適な酸化条件が経時変化してもＡｌを過不足なく酸化させて、高いＭＲ比のＴＭＲ膜を安定して得ることの出来る酸化室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はエリプソメーター等の極薄酸化膜の膜厚を測定することの可能な機器を持つことを特徴とする酸化室を持つ強磁性トンネル膜成膜装置であって、トンネルバリアの酸化の際には作製しようとするデバイス基板と同時にシリコン基板等を酸化室に入れ、同時に酸化を行い、シリコン基板等の表面に生じた酸化膜の膜厚をエリプソメーター等で測定することを可能にした強磁性トンネル膜成膜装置である。
【００１０】
本発明によれば、酸化室の酸化力が経時変化を起こしても、シリコン基板等の表面に生じた酸化シリコン等の厚さを測定することにより、酸化室における酸化時間を調整することが可能になる。酸化シリコンの厚さの測定は、多層の異種金属上に成膜したＡｌの酸化状態を調べるよりも容易である。また、作製しようとするデバイス上で酸化物の厚さを測定しようとするものではないので、測定領域をあえて設けてデバイスを形成する面積を減少させる必要もない。
【００１１】
また、本発明を用いれば、酸化シリコン等の厚さがある一定膜厚に達したと同時あるいは一定時間後に酸化をストップするといった、自動酸化運転をすることが可能になる。この方法を用いれば強磁性トンネル膜を用いたデバイスの収率と効率を高める効果がある。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の、基板が大気にさらされることの無いように成膜室と酸化室が接続された成膜と酸化が連続的に行える成膜装置において、基板表面酸化膜厚を測定することが可能な機器を備えた酸化室を持ち、デバイスを形成する基板と表面酸化膜厚を測定する基板とが異なる基板であることを特徴とする酸化室を用いることにより、酸化室における酸化力が経時変化を起こしても過不足のない酸化を実現したトンネルバリアを持つＴＭＲ膜を安定して作製することが可能となり、良好な高密度固体磁気メモリ（MRAM）や高密度磁気ディスク装置における再生用磁気ヘッド、あるいは磁気センサーが提供される。
【００１３】
なお、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実
施例は適宜変更され得ることは明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点を明確にすべく、添付した図面を参照し
ながら、本発明の実施の形態を以下に詳述する。
【００１５】
図１に、本発明の一実施例として示した酸化室の内部を上から見た図、図２に従来の酸化室内部を示す。図２のような従来の酸化室では酸化中に酸化の進んでいる過程を知ることはできない。しかし、図１においては、デバイスを形成する基板１３と酸化膜厚測定用のシリコン基板１２が同時に酸化室内に入っており、酸化室内にはシリコン基板表面の酸化シリコンの厚さが測定できるようにエリプソメーター１１が取り付けられている。これらの機構により、シリコン基板表面の酸化シリコンの厚さを測定し、その厚さからトンネルバリアの酸化過程を類推することが可能になる。
【００１６】
図３は本発明の一実施例として示した酸化室を横から見た断面図である。デバイスを形成する基板３５はこの図ではちょうどシリコン基板３６の後ろ側にある。測定の正確さを期するためには、シリコン基板の挿入前にフッ酸洗浄を行い、シリコン基板表面に生じた自然酸化膜を除去しておくのが望ましい。このシリコン基板３６と、下部電極およびその上部に極薄アルミニウムを成膜室で成膜したデバイス基板３５を酸化室に挿入する。酸化室内に特に図示されてはいないが、シリコン基板３６とデバイス基板３５を置くサセプターがあり、そのサセプター上に両基板を配置する。酸素プラズマを酸素プラズマ源３１で発生させるときは酸素のみもしくは酸素にアルゴン等の不活性ガスを加えて酸化室に導入する。そして、コイルに高周波を与えるなどして発生させた酸素プラズマと酸素ラジカルを直接、ないしは穴の開いたプラズマ・ラジカル分離プレート３２を配置して荷電粒子を取り除いて酸素ラジカルのみを基板に照射し、希望の物質、この場合はアルミニウムを酸化する仕組みになっている。酸化室にはシリコン基板にレーザー光を照射し反射光が取り込めるようにエリプソメーターが配置されている。シリコン基板３６を置くサセプターは位置の微調整が可能で、反射光を確実に検出できるようになっている。この構成を用いれば、シリコン基板表面の酸化シリコン膜厚がある一定膜厚になったのと同時もしくはある一定時間後にプラズマ発生をストップして酸化をストップさせる、すなわちシリコン基板表面の酸化膜厚をトリガーにして酸化工程の自動化を行うことも可能である。アルミニウムを酸化したデバイス基板は、この後、成膜室に移動して上部電極を成膜する。
【００１７】
本実施の形態においてはエリプソメーターのみを記載したが、酸化シリコン等の膜厚を測定するのにＸ線分光分析（ＸＰＳ）、光反射率測定、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）などを用いても同様の測定を行うことが出来る。また、膜厚測定は酸化シリコンのみを記載したが、例えばマグネシウム薄膜を成膜した基板を酸化膜厚測定用に導入してデバイス基板と同時に酸化させ、表面に生じた酸化マグネシウム膜厚を測定するといった手法も可能である。本発明は、高密度固体磁気メモリ（ＭＲＡＭ）や高密度磁気ディスク装置における再生用磁気ヘッド、あるいは磁気センサーの製作に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による酸化室の構造内部を上から見た図。
【図２】従来の酸化室の構造内部を上から見た図。
【図３】本発明による酸化室構造内部を横から見た断面図。
【符号の説明】
【００１９】
１１  エリプソメーター
１２  シリコン基板
１３  デバイスを形成する基板
２１  真空チャンバー
２２  デバイスを形成する基板
２３  防着板
３１  プラズマ源
３２  プラズマ・ラジカル分離プレート
３３  エリプソメーター
３５  デバイスを形成する基板
３６  シリコン基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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